Energie de l'eau

Soumise à l'attraction terrestre, l'eau cherche à descendre vers le niveau le plus bas. Cette masse d'eau qui descend représente une énergie considérable dont une partie est transformée en énergie mécanique par des moteurs hydrauliques.

Avant la production d'électricité, et pendant près de 2400 ans, de nombreux moteurs ont été inventés pour fournir l'énergie nécessaire à l'élévation de l'eau ou pour actionner des mécanismes.

Les premiers moteurs, en forme de roue, appelés roues hydrauliques tournaient lentement, quelques tours par minute, et furent remplacées dès la fin du 19 ème siècle par la turbine hydraulique. S'il reste encore, pour le plaisir, quelques roues en fonctionnement, la turbine, grâce à une vitesse de rotation élevée de plusieurs centaines de tours par minute, est présente sur chaque barrage hydroélectrique car elle est très adaptée à la production d'électricité, mais elle fonctionne à l'abri des regards.

Les moteurs hydrauliques et de leurs applications : Il n'existe aucune information sur l'origine de la première roue hydraulique, mais, il y a environ 2500 ans, l'énergie des chutes d'eau était exploitée en Asie et en Egypte. Il est supposé que cette première roue, à axe horizontal, ait eu la forme d'une roue à palettes actionnée par le courant d'une rivière et servait à élever l'eau à l'aide de pots (noria). Des norias sont encore en service dans certaines régions du monde où elles fonctionnent en continu sans intervention humaine.

La roue au fil de l'eau donne un rendement médiocre et n'utilise qu'une faible partie de l'énergie de l'eau car celle-ci contourne l'obstacle créé par la palette. Pour améliorer le rendement il faut augmenter la largeur de la palette ou, la meilleure solution, empêcher l'eau de contourner la palette en plaçant la roue dans un canal enveloppant, mais pour conduire ce flux vers la roue il faut réaliser une retenue qui alimente le canal. En fonction de la hauteur d'eau contenue dans la retenue et du type de retenue, ce qui dépend du relief, il va exister de nombreuses variantes de roues.

A partir de ce constat, les Chinois construisirent, il y a plus de 2000 ans, un marteau hydraulique qui ne sera inventé en Europe que 1100 ans plus tard.

Au début de l'ère Chrétienne, l'ingénieur Romain Vitruve décrivait dans De Architectura la première turbine constituée par une roue à axe vertical et à palettes inclinées qui entraînait un moulin. L'eau, provenant d'une retenue, était conduite par une goulotte inclinée et heurtait les palettes avec une vitesse qui dépendait de la hauteur de chute.

Vitruve décrivait aussi un moulin actionné par une roue à palettes avec des engrenages en bois qui transformaient le mouvement de rotation horizontal de l'arbre en mouvement de rotation vertical pour entraîner la meule mobile. C'est sans doute cette technique qui permit la mise en place du premier moulin à marée dans le port de Douvres.

Quelques siècles plus tard, la roue à augets révolutionnait le rendement du moteur hydraulique. Dans la roue à augets, ou roue de dessus, c'est le poids de l'eau qui est utilisé et non sa vitesse. Ce type de roue diminue considérablement le gaspillage de l'eau. Au 4 ème siècle, les Romains construisirent un grand moulin de 16 roues à augets, à Barbegal près d'Arles, qui produisait environ 2,8 tonnes de farine par jour. A la même époque il existait sur la Moselle une scierie hydraulique dans une marbrerie.

Lors du siège de Rome en 537, les Goths coupèrent l'alimentation en eau des moulins et les assiégés durent installer, sur le Tibre, les premiers moulins bateaux à roues à aubes. Au cours des siècles suivants et malgré la chute de l'empire romain le nombre de moulins à eau ne cessa d'augmenter et, en 1086, il était dénombré plus de 5600 moulins en Angleterre, ce qui représentait un moulin pour 400 habitants. Les roues hydrauliques servaient aussi à actionner des marteaux de forge et des broyeurs de minerais et, en l'espace de 200 ans elles prenaient place dans les tréfileries, les tanneries, les papeteries, les scieries...

Quelques photos

noria

roue de Vitruve

roue à augets

roue à palette

machine de Marly

 

 

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